专利名称：检查仪器的制作方法
技术领域：
本发明的示例性的非限制性实施方式总体上涉及眼睛检查仪器。
背景技术：
眼底相机的光学设计包括若干个挑战性的要求:图像需要是清晰的并且被用足够高的亮度来均匀地照明以克服在检测中的噪声。视场应当足够宽，以捕获视网膜的大部分。图像需要无眩光(glare)。特别地，来自眼底相机的透镜的反射、来自眼睛的角膜和晶状体的反射容易损害图像的质量。还期望的是:可以以非散大的瞳孔即以免散瞳的方式来执行成像。优选地，所述装置应当允许手持操作。最后，所述装置应当紧凑并且在成像期间容易与眼睛对准，并且工作距离需要足够长。已经尝试建立一种好的检眼镜。在现有技术中，典型地已经通过使用黑点共轭(black-dot conjugate)法并结合照明和成像所共用的合适成形的透镜解决了与反射相关的问题。然而，由于增加了像差，它们降低了图像的质量，或者限制了可用视场。因此，很清楚，存在对合适的检眼镜的需求。
发明内容
以下呈现了本发明的简化的发明内容，以提供对本发明的一些方面的基本理解。本发明内容不是本发明的广泛概述。本发明的一个方面 涉及一种用于对眼睛成像的设备，其包括:照明单元、分束器、物镜、中继透镜系统以及相机单元；照明单元包括光辐射源，并且照明单元被配置成将所述源的光辐射从照明单元的出射光瞳导至分束器；分束器被配置成将所述光辐射导至所述物镜；照明单元被配置成使用光辐射来照明眼睛的视网膜，并且所述物镜被配置成使用从视网膜反射的光辐射在物镜和相机单元之间形成视网膜的真实中间图像，其中，在从眼睛的角膜到晶状体的后侧的范围内的位置中能够形成照明单元的出射光瞳的实像和相机单元的入射光瞳的实像；所述分束器被配置成将来自视网膜的光辐射导至相机单元，所述分束器被配置成以预定方式使照明辐射的路径与成像辐射的路径偏离，以至少防止出射光瞳的图像与入射光瞳的图像在晶状体中重叠；以及所述相机单元包括检测部件，所述中继透镜系统被配置成使用从视网膜反射的光辐射在检测部件上形成中间图像的实像，以用于示出光学图像。本发明的一个方面涉及一种用于对眼睛成像的方法，其包括:将源的光辐射从照明单元的出射光瞳导至分束器；分束器将所述光辐射沿照明辐射的路径导至物镜；使用所述光辐射通过物镜来照明眼睛的视网膜，使得在从眼睛的角膜到晶状体的后侧的范围内的位置中能够形成照明单元的出射光瞳的实像和相机单元的入射光瞳的实像；使用从视网膜反射的光辐射通过物镜在成像辐射的路径中的物镜与相机单元之间形成视网膜的真实中间图像；分束器将来自视网膜的光辐射导至相机单元；分束器以预定方式使照明辐射的路径和成像辐射的路径偏离，以至少防止出射光瞳的图像与入射光瞳的图像在晶状体的表面上重叠；以及中继透镜系统使用从视网膜反射的光辐射在检测部件上形成中间图像的实像，以用于示出光学图像。在从属权利要求中公开了本发明的另外的实施方式。本方案能够进行眼睛的免散瞳成像，该成像产生具有合适视场的无眩光图像。尽管独立地陈述了本发明的各个方面、实施方式和特征，但是应当理解的是:本发明的各个方面、实施方式和特征的所有组合也是可以的，并且所有组合均落在本发明的所要求的保护范围内。
以下将参照附图借助于示例性实施方式来更加详细地描述本发明，在附图中:图1示出了眼睛检查仪器的结构；图2示出了眼睛的检查仪器的可替代配置；图3示出了照明辐射的轴与成像辐射的轴的偏离；图4示出了根据古尔斯特兰德(Gullstrand)原理的在眼睛中的光辐射路径；图5示出了其要 求比古尔斯特兰德原理的要求容易的光辐射路径；图6示出了眼睛的瞳孔，其中照明辐射的路径和成像辐射的路径仅在晶状体中是分离的；图7至图10示出了路径的一些变型；图11示出了比眼睛的瞳孔大的照明辐射的路径和成像辐射的路径的的投影；图12示出了其中眼睛的瞳孔较小的示例；图13至图14示出了照明辐射的路径和成像辐射的路径在眼睛的瞳孔上的投影；图15示出了具有光学功能部件的相机单元；以及图16示出了方法的流程图。
具体实施例方式现在将在下文中参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施方式，其中示出了本发明的一些实施方式但不是全部实施方式。事实上，本发明可以以许多不同形式来实施，并且不应当被解释为限制于在此提出的实施方式。尽管说明书在若干个位置可引用“一种”、“一个”或“一些”实施方式，但这并非一定意味着每个这样的引用是指相同的一个或更多个实施方式，或者并非一定意味着所述特征仅应用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征还可以被组合以提供其他实施方式。在图1中示出了设备例如眼睛的检查仪器的结构的示例，该结构是仅示出了一些元件和功能实体的简化结构，这些元件和功能实体的实施可以变化。用于对眼睛成像的检查仪器可以包括照明单元100、分束器102、物镜104以及相机单元106。照明单元100包括一个或更多个透镜108和光辐射源110，该光辐射源110又包括一个或更多个源元件。照明单元可以发射如下至少之一:紫外光(大约250nm至400nm)、可见光(大约400nm至700nm)、红外光(大约700nm至1400nm)。照明单元100可以将源110的光辐射从照明单元100的出射光瞳112导至分束器102。出射光瞳112是由在光圈后的光学元件所形成的在照明单元100中的物理光圈的图像。分束器102将光辐射导至在照明辐射的路径134中的物镜104。光辐射的路径可以被定义为由光辐射占据的容积。路径的尺寸和形状取决于透镜和其他光学元件的特性。眼睛也可能对路径具有一些影响。在图1中，分束器102将光辐射的一部分朝向物镜104反射。通常，分束器将导向它的一部分光辐射反射并允许剩余部分的光辐射通过它。通常，分束器将光辐射束分成两束，使得两束均具有大约相同的强度，该强度的范围可以是从原未分束的光束的强度的几个百分比或更少至将近50%。在一个实施方式中，分束器102可以包括偏振器。具有偏振器的分束器102可以是例如偏振分束器。可替换地或另外地，可以存在用于使照明辐射和成像辐射二者偏振的一个或更多个偏振器。与分束器102相关联的偏振器可以引起光辐射被线性偏振。物镜104可以包括一个或更多个透镜。物镜104可以具有如下设计特性:当检查仪器被移动至与眼睛相距工作距离时，在从眼睛122的角膜120到晶状体124的后侧126的范围内的位置中形成照明单元100的出射光瞳112的实像，以使用光辐射来照明眼睛122的视网膜128。相似地，物镜104可以具有如下设计特性:当检查仪器被移动至与眼睛相距工作距离时，在从眼睛122的角膜120到晶状体124的后侧126的范围内的位置中形成相机单元106的入射光瞳114的实像。照明光辐射可以在传播至视网膜128时通过眼睛的瞳孔127。类似地，朝向检测部件行进的成像光辐射可以通过眼睛的瞳孔127。物镜104还可以具有如下设计特性:在成像辐射的路径132中的物镜104与相机单元106之间形成视网膜128的真实中间图像130，所述成像辐射是从视网膜128反射的光辐射。在一个实施方式中，所述真实中间图像130可以位于物镜104和分束器102之间。分束器102可以将来自视网膜128的光辐射导至相机单元106。在图1中，分束器102使光辐射的一部分朝向检测部件通过。可以将分束器102设计和/或定位成使得分束器102以预定方式引起照明辐射的路径134与成像辐射的路径132彼此偏离。所述偏离可以至少防止出射光瞳112的辐射的图像和/或光束与入射光瞳114的辐射的图像和/或光束在晶状体124中重叠。 分束器102可以存在于物镜104与中继透镜系统138的光圈116之间。分束器102可以位于中继透镜系统138的入射光瞳114与物镜104之间。入射光瞳是由在光圈116之前的光学元件形成的中继透镜系统138的光圈116的图像(投影到物方空间)。分束器102可以存在于中间图像130与中继透镜系统138之间。分束器102可以形成照明光辐射与成像辐射之间的偏离。例如，分束器102可以位于中继透镜系统138的出射光瞳114与中间图像130之间的光学中途位置。中间图像130与分束器102之间的一定距离对避免例如在分束器上的灰尘是有好处的，这些灰尘在图像中可能会变得可见。如果分束器102包括偏振器,则从分束器102向物镜104反射的光福射被偏振。偏振的光辐射然后传播至眼睛122的视网膜128并从视网膜128反射。由于视网膜128的表面是光学粗糙的，所以偏振的光福射变为至少部分被消偏振。当反射的光福射击中偏振分束器102时，光辐射的偏振部分被从分束器102朝向照明单元100反射而未被检测到。然而，反射的光辐射的消偏振部分的一部分穿过分束器102并朝向检测部件传播。除了偏振分束器之外或代替偏振分束器，可以使用具有用于照明辐射的前偏振器140和用于成像辐射的后偏振器142的分束器。前偏振器140可以对在分束器102之前的照明光辐射134执行线性偏振。后偏振器142也可以是线性偏振器，并且可以位于相对于前偏振器140的交叉位置，即后偏振器142的偏振轴相对于前偏振器140的偏振轴旋转90°。在该配置中，通过前偏振器140的具有线性偏振的任何光辐射未必通过后偏振器142。因此，例如来自物镜104的反射未必通过后偏振器142从而未必传播至检测部件136。然而，从视网膜128反射的消偏振的光辐射的一部分可以穿过后偏振器142直至检测部件136。相机单元106包括检测部件136并且可以包括中继透镜系统138。中继透镜系统138还可以是与相机单元106分离的部件。相机单元106可以是检测部件136与中继透镜系统138的集成式组合，使得相机单元106是所指的商业产品。相机单元106还可以包括在公共架构中的图像处理单元148和屏150。可替换地，相机单元106可以被设计成由对于检查仪器而言唯一的分离的光学部件构成。中继透镜系统138可以包括至少一个透镜。中继透镜系统138可以使用反射的光辐射在检测部件136上形成中间图像130的实像。检测部件136可以包括可以为矩阵形式的多个像素。检测部件136的目的可以是将光学图像转换为电形式。然而，检测部件136还可以是摄影胶卷而不是光电检测器。检测部件136可以是CCD (电荷耦合器件)单元或CMOS (互补金属氧化物半导体)单元。相机单元106可以具有如同数码相机的功能。电形式的图像、一个或更多个静止图像或视频可以在图像处理单元148中被处理并然后在检查仪器的屏150上显现给用户。图像处理单元148可以包括处理器和存储器。图2示出了眼睛检查装置的可替代配置。该配置除了相机单元106和照明单元100改变了位置之外在其他方面与图1中的配置相似。如果分束器102包括偏振器，通过分束器102并朝向物镜104的光辐射被偏振。偏振的光辐射然后传播至眼睛122的视网膜128并从视网膜128反射。当反射的光福射击中偏振分束器102时,所述光福射的偏振部分朝向照明单元100通过分束器102。然而，反射的光辐射的消偏振部分从分束器102朝向检测部件反射。在图2所示的实施方式中，可以由非偏振分束器、偏振器144以及四分之一波片146来代替偏振分束器。偏振器144可以使从分束器反射后的照明辐射134偏振。四分之一波片146可以将线性偏振的照明辐射134转换为圆形偏振辐射。光辐射在进入眼睛122之前击中物镜104和角膜120。朝向检测部件136传播的偏振的光辐射当其第二次通过时在四分之一波片146中可以从圆形偏振辐射返回至线性偏振辐射。然而，所述线性偏振然后相对于照明辐射旋转90°。然后成像辐射132可以再次击中偏振器144。由于光辐射的偏振在第二次通过四分之一波片之后总共旋转了 90°，所以光辐射的已保持了偏振(特别是反射)的部分未必通过偏振器144。然而，从视网膜128反射的偏振光辐射的至少一部分可以通过偏振器144。现在更近地剖析实施方式，其中通过使用偏振分束器代替镜子或非偏振分束器来将照明辐射的路径与成像辐射的路径分开。可以使用偏振分束器来将照明辐射的路径和成像辐射的路径远离中继透镜系统138的入射光瞳114进行分离。具有(或不具有)偏振器的分束器可以被包括在检查仪器内部。相机单元106可以为独立单元并且包括可以被用于其他目的的一个或更多个普通透镜。如图1所示，照明辐射和成像辐射至少共享物镜104并潜在地还共享位于物镜104与分束器102之间的其他透镜，所述分 束器102可以包括或可以不包括偏振器。共享物镜104的优点在于可以使检查仪器与眼睛122之间的工作距离充裕地长，这对手持检查仪器的操作也是有益的。偏振分束器的使用使得能够自由设计共享透镜而不干扰反射。当从偏振分束器反射的线性偏振照明辐射被从共享表面(例如，物镜104的前表面和后表面)反射时，照明辐射保持其偏振状态并被偏振分束器朝向照明单元100反射。然而，当照明辐射被从视网膜128散射时，照明辐射基本上被消偏振，因此视网膜128的图像通过偏振分束器被传送至检测部件136。自然地，共享透镜应当基本上无双折射，或它们的双折射应当通过使用合适的补偿器例如延迟板进行补偿。在一个实施方式中，可以使用混合眩光消除，使得可以基于偏振来消除来自第一共享表面的眩光，以及可以使用至少一个补偿器或通过使用现有技术的方法例如通过合适地设计形状和/或使用黑点共轭法基于偏振来消除来自后面(即更靠近眼睛)的表面的眩光。图3示出了照明辐射的路径的光轴300与成像辐射的路径的光轴302的偏离。图3参照图1中的配置。然而，在与图2相似的配置中也可以呈现在方向上的相应偏离。照明辐射的路径的光轴300的方向与成像辐射的路径的光轴302的方向之间的角度α可以为若干度。角度α可以为例如3°至12°。该偏离被用于防止出射光瞳112的图像与入射光瞳114的图像至少在晶状体124中的重叠(见图4至图6)。所述偏离是可调节的。例如可以通过旋转分束器102或移动照明光瞳来改变所述偏离。现在分析消除由眼睛引起的反射的可能性。图4示出了在根据古尔斯特兰德原理的实施方式中的在眼睛中的光路径。与眼底相机相关的常见问题是来自眼睛前部的眩光。反射的源是角膜120和晶状体124的两个表面。根据古尔斯特兰德原理，可以通过将照明辐射的路径400与成像辐射的路径402在这些表面上相互分离来避免这些反射。如图4所示，照明辐射的路径400与成像辐射的路径402在角膜120的表面以及晶状体124的前表面125和后表面126上是无重叠的。在窄的腰部之前，所述路径是会聚的，然后，所述路径发散。在角膜120与晶状体124的后表面126之间的窄腰部是指照明单元100的出射光瞳112的焦点。类似地 ，相机单元106的入射光瞳114的图像在成像辐射的路径402的腰部聚焦。图5和图6示出了其要求比古尔斯特兰德原理的要求容易的实施方式。图5示出了如下配置的视场:其中，在从晶状体124的前表面125到后表面126的范围内，照明辐射的路径与成像辐射的路径是分离的。在其中使用如同偏振分束器的至少一个偏振器的实施方式中，来自角膜120的反射可以被消除或减弱如此多，以使得所述反射不干扰视网膜的检查或测量。由于不需要关注来自角膜120的反射，因此照明辐射的路径400和成像辐射的路径402可以仅在晶状体124的表面上是分离的，这使得检查仪器的视场能够基本上更大。可以将照明单元100的出射光瞳112的实像与相机单元106的入射光瞳114的实像设计成位于与照明辐射的路径134的光轴或成像辐射的路径132的光轴平行的直线上的相同位置或不同位置。图6示出了眼睛的瞳孔，其中照明辐射的路径400和成像辐射的路径402仅在晶状体124内部是分离的。通常，可以将多于一条的照明辐射路径导至眼睛。类似地，可以将多于一条的成像辐射路径从眼睛导向至检测部件136。大圆600表示眼睛瞳孔到焦平面(其实际上在眼睛内部)的投影。上面的圆602表示成像辐射的路径402在焦平面上的投影。下面的圆604表示照明辐射的路径400在焦平面上的投影。路径的腰部的两个投影均可以为具有大约1_的直径的圆盘(这意味着照明光和成像光学元件的有效使用)，并且辐射的路径之间存在大约Imm的距离。上面的虚线圆606示出了成像辐射在眼睛瞳孔处的投影。下面的虚线圆608示出了照明辐射在眼睛瞳孔600处的投影。光辐射的两条路径均适配在具有大约4mm的直径的眼睛的瞳孔600的内部。对于使用NIR (近红外)波长和可见光的光辐射的路径，几毫米或更小的尺寸是合适的。可以将检查仪器与用于捕获图像的正确位置对准，在此之后，可以使用可见光以闪光模式来捕获静止图像或短视频。NIR波长不引起瞳孔对光反射，因此可以将检查仪器设计成以更大的瞳孔尺寸进行操作。照明辐射的路径400和成像辐射的路径402的投影可以具有各种尺寸和形状。所述投影可以是完整的圆或截圆(truncated circle)或椭圆、矩形,或者具有提供路径400、402的分离以及无渐晕(non-vignetting)表现的任何形状。路径之间的距离基本上没有光辐射，但是少量的光辐射也是可以容忍的，只要其功率低于可接受的水平即可，所述路径之间的距离的尺寸取决于期望的视场和期望的眼睛的最小瞳孔尺寸。辐射路径之间的最小距离例如可以为0.3mm至1.5mm或最大为3mm。在图4至图6中，照明福射的路径和成像福射的路径的投影具有大约相同的尺寸，但是自然地它们的尺寸例如可以取决于光辐射源的亮度和光传输损失而变化。然 而，当目标在于实现在眼睛上或眼睛中的较小的路径投影区域时，所需的图像亮度可能是一个限制因素。图7至图10示出了路径的一些形状和尺寸的变型。在图7中，投影具有例如矩形形状。在图8中，例如照明辐射的投影为小圆而成像辐射的投影为大圆。在图9中，照明辐射的投影为小圆而成像辐射的投影为截圆，其例如可以近似为矩形。在图10中，照明辐射和成像辐射二者的投影均是截圆，其例如可以近似为矩形。值得注意，当检查仪器与眼睛的对准更加容忍工作距离以及横向位移的变化时，所述对准将变得更加容易。所需要的眼睛瞳孔的最小直径也变得更小，这有助于免散瞳成像。图11示出了大于眼睛600的瞳孔的路径400、402的投影604、602。当用于照明辐射和成像辐射二者的焦平面位于晶状体124的中间时，路径400、402的投影可以足够小以便通过眼睛瞳孔，从而避免渐晕(尽管一些渐晕可以被容忍，但是实际上由于成像辐射的路径的渐晕与照明辐射的路径的渐晕是相反的，所以它们可以全部或部分地相互补偿以实现具有均匀照明的图像)。因此，照明单元100的出射光瞳112的图像和相机单元106的入射光瞳114的图像未必比所需要的大。然而，当检查仪器被优化用于最高亮度模式(甚至在散大瞳孔的情况下使用)时，用于照明辐射和成像辐射二者的焦平面基本上可以位于眼睛瞳孔的位置中(如在图11中的情况)，通过这样的方法来避免渐晕，照明单元100的出射光瞳112的图像的尺寸和相机单元106的入射光瞳114的图像的尺寸可以大于眼睛的瞳孔。然后可以不考虑眼睛的瞳孔的尺寸来提供辐射的无渐晕Unvignetted)光束。当然，路径400,402之间的距离可能需要较长，以实现与具有小于眼睛瞳孔的照明辐射和成像辐射的投影的配置(set-up)相同的全视场。
图12示出了其中眼睛的瞳孔较小的示例。为了实现具有较小的眼睛瞳孔的较宽的全视场(例如比20°或30°宽)，焦平面(即辐射路径的腰部)可以靠近眼睛瞳孔，其中所述眼睛瞳孔的直径可以小至大约2_。这使渐晕最小化。照明单元100的出射光瞳112的图像和相机单元106的入射光瞳114的图像可以如此小，以使得它们二者均适配在眼睛的瞳孔内部，或者它们可以更大。在一个实施方式中，焦平面可以在晶状体124内部距眼睛瞳孔0.1mm至0.5mm,并且可以通过照明辐射路径和成像辐射路径中的相反渐晕来补偿所述渐晕。所述配置使得能够使用连续的可见光(例如白光)进行眼底的成像而不需要将瞳孔散大。成像可以以静止图像或视频的形式来发生。图13和图14示出了照明辐射的路径和成像辐射的路径在眼睛瞳孔上的投影。在图13中，例如所述投影具有大于眼睛瞳孔的矩形形状。在图14中，例如照明辐射的投影为小圆而成像辐射的投影为较小的矩形。眼睛在角膜120与晶状体124之间具有实质上的双折射。因此，如果照明辐射的路径400与成像辐射的路径402在晶状体124中未分离，则来自晶状体124的反射将变得可见。然而，在一些实施方式中，可以通过使用同样可调节的偏振补偿器(例如至少一个延迟板)来避免这些反射。补偿器可以补偿角膜的双折射，因此路径400、402不需要在角膜120处分离。结果是，光学仪器的光展量Gtendue)被最大化。最大化的光展量意味着导到眼睛中的光功率可以被优化为足够高从而可以增加检查仪器的采集功率。最大化的光展量提供了如下优点:例如增加的亮度和更大的视场。在一个实施方式中，在光进入眼睛122之前，可以通过使用偏振扰偏器或合适的(可能地，可调节的)补偿器以期望的方式和/或程度来混合或调制光的偏振状态。照明辐射的路径和成像辐射的路径可以在从角膜120到晶状体124的后表面126范围内是分离的。这使得视网膜128的偏振相关特性能够被成像、测量或消除。现在我们可以更近地观察相机单元100。照明单元100的出射光瞳112可以被定义为照明光瞳，即当从照明单元100的外部观察时(例如从分束器102观察时)照明辐射看上去从中起源的真实或虚拟瞳孔。照明单元100的出射光瞳112可以具有不同的形式和尺寸。在一个实施方式中，照明光瞳可以为圆形，但其还可以为椭圆形、矩形、截圆形或截椭圆形。当所述装置被最优化用于较小的眼睛瞳孔(特别地，对角线小于3_)时，尽管在视网膜的图像中亮度可以从点到点发生变化但是照明光瞳可以是无渐晕的。来自照明单元100的出射光瞳112的照明辐射的路径可以具有发散的形状，并且照明辐射基本上均匀地照明中间图像平面的所需要的部分。所需要的部分与视网膜128的全视场区域的共轭图像相同。可以对所需要的区域以外的光进行阻挡，以避免杂散光。可以例如通过在照明单元100内部或在照明单元100之后添加渐晕挡板或通过在照明模块内部设计及使用视场光阑(还可以被称为照明视场光阑)来尽可能早地执行所述阻挡。现在检查照明单元100。在其中使用多于一个的元件的实施方式中，每个元件可以发射预定波段的光辐射。光波段可以从单个波长到几百纳米或者甚至几千纳米变化。在一个实施方式中，光辐射源110可以是其光波段可以被控制的单个元件。可以以预定方式改变带宽和平均波长。可以电的方式来执行波段的控制。例如，可以通过以电的方式改变光辐射在元件中的生成来改变平均波长。
在一个实施方式中，光辐射源可以包括宽带源元件和可调谐滤光器。可以基于滤光器来选择光辐射源的输出波段。滤光器可以具有多个滤光元件，每个滤光元件使不同波段或不同的波长组通过。可以单独使用每个滤光元件或一起使用若干个滤光元件来选择照明单元100的输出波长。可调谐滤光器还可以通过以电的方式改变其光学特性来被进行调谐，以使一个或更多个期望的光波段通过。
照明单元100可以包括形成照明单元100的出射光瞳112以及到中间图像130的平面的合适的照明所需要的透镜、光导管、分色镜、光圈等。源元件可以例如是LED(发光二极管)、有机LED、发光等离子体、激光器、白炽灯、卤素灯、弧光灯(例如氙弧光灯)、荧光灯或发射合适的波长并具有关于所述装置的其它的合适特性的任何灯。在一个实施方式中，照明单兀100包括一个白光LED芯片和发射近红外(NIR)波长的一个LED芯片，它们的辐射例如可以通过使用分色镜而组合在一起。白光LED芯片可以发射在400nm至700nm的波段内的可见光，而NIR LED芯片可以发射在700nm至1200nm的波段内或者在例如800nm至900nm的更窄波段内的光。通过使用NIR波长，检查仪器可以被与用于图像捕获的正确位置对准，在此之后，可以以闪光的模式使用白光以捕获静止图像或(短)视频。NIR波长不会引起瞳孔对光反射，因此可以将检查仪器设计成以较大的瞳孔尺寸来进行操作，这又有助于在光学设计中的折中的平衡。在一个实施方式中，仅使用近红外辐射来照明眼睛，并且光学检查装置被保持在近红外辐射的焦点以外，使得可见光将会在焦点上。由于透镜对近红外辐射的折射与对可见光的折射略微地不同并且折射率的差异以及从而聚焦的差异是预先知道的，所以光学部件的这样的设置(即聚焦)是可以的。当可见光闪烁时，由于成像光学部件已经处于聚焦状态，所以不需要采取动作以进行聚焦。对于许多诊断目的，例如在荧光素血管造影术中，以预定光波段来进行照明和/或成像是有益的。在所述及其他光谱分析目的中，照明单元100可以包括发射宽波段光辐射的一个或更多个源，随后可以通过使用带通滤光器对所述宽波段光辐射进行滤光以提供至少一个期望的波长段。在荧光素血管造影术中，合适的照明可以在例如465nm至490nm之间。当使用可以发射在一个或更多个合适的波长范围内的光的一个或更多个源元件时，可以避免使用滤光器。这样无滤光的实施方式的示例为发射用于血管造影术的470nm的中心波长的蓝光LED。在成像光辐射到达检测部件136之前，对成像光辐射进行滤光也是有用的。所述滤光可以将成像光辐射限制至至少一个期望的波段。所述至少一个波段的带宽可以从单个波长(非常窄的陷波滤波器)到例如几百纳米变化。然而，一个或更多个光波段的带宽并不限制于所述示例。还可以需要滤光器来阻挡在IR域或UV域内的一个或更多个光波段。例如，UV辐射会导致对眼睛的损害。可以在成像辐射的路径和照明辐射的路径中使用不同的滤光器以获得具有与照明的波段部分或完全不同的波段的至少一个图像。在一个实施方式中，尽管也可以使用临界照明或一些其他照明方案，但是照明单元100可以基于柯勒照明的教导。可以将LED芯片的发射区域成像到照明单元100的出射光瞳112 (即照明光瞳)上。然后，可以将在照明视场光阑160处成像的芯片的有角度的输出成像到中间图像130的平面上，其可以被物镜104成像到视网膜128上。除了具有用于阻挡令人讨厌的杂散光的照明视场光阑的这个优点之外，这可以给视网膜128提供定义明确的照明光瞳以及均匀并且无渐晕的照明。在一个实施方式中，简单的照明可以基于非球面聚光透镜，其采集来自LED的光并将发射区域成像到照明单元100的出射光瞳112中，并且同时将照明视场光阑160成像到中间图像130的平面上。在一个实施方式中，照明单元100可以包括具有采集光学元件的LED或单独包括LED芯片。现在更近地剖析物镜104。检查仪器可以包括物镜104和中继透镜系统138。物镜104可以在物镜104与检测部件136之间形成视网膜128的真实中间图像130。中继透镜系统138可以在检测部件136上形成中间图像130的图像。发生两次的这种成像或者其中对中间图像130进行成像的二次成像(double imaging)可以带来如下优点:例如,存在用于分束器102的空间。否则，分束器102应当被插入至物镜104的外部，即物镜104与眼睛122之间。这会导致若干个缺点:例如到眼睛的较短的工作距离、窄的视场以及与图像亮度相关的问题。可替换地，可以将分束器102插入至物镜104中，这会大幅度限制物镜设计并且会导致其他缺点:例如针对检测部件136的所需的较大尺寸。二次成像结构的另一个优点是:从视网膜128到检测部件136的放大率易于被调节并被设置为针对检测部件136的期望尺寸的合适值。该放大率还是可调节的，即所述系统可以包含光学缩放功能，其例如通过调节光学元件或可能地通过调节中间图像130与检测部件之间的距离来实现调节。二次成像结构的又一个优点可以是:中间图像130可以或未必是清晰的，这意味着由眼睛122和物镜104引起的像差不需要通过物镜104单独来校正。由于使用物镜104来校正像差的可能性受到限制，所以作为代替也可以在中继透镜系统138中对一些像差进行校正。因此，有可能获得具有宽视场的清晰图像。二次成像结构的再一个优点是:具有中继透镜系统138和检测部件136的相机单元106可以是如下套件中的一部分，该套件另外地包括能够在相机单元106上重复安装和拆卸的光学功能部件1500至1504。图15中示出了这样的检查仪器。相机单元106本身可以用于广泛的应用中，例如用于在对身体的外部部位(例如皮肤)的检查中。一个光学功能部件1500则可以包括例如分束器102和物镜104。在所述套件中的至少另一个光学功能部件1502 (或1504)可以捕获与眼睛122和身体的外表面上的所述至少一个器官二者不同的至少一个器官的图像。物镜104的最简单的形式可以为单透镜(singlet)，其可以具有一个或两个非球面表面。物镜104的光轴与成像辐射的光轴之间的角度可以例如在O度至9度之间但不限制于此。物镜104可以由玻璃或光学塑料制成。可以通过对物镜104的玻璃进行磨削之后进行退火来最小化双折射。在一个实施方式中，物镜104包括双合透镜，其可以用于最小化色差。自然地，元件的数量并不限制于一个或两个，并且可以存在设计的多种变型。如果一些透镜引入双折射，则可以使用合适的补偿器来补偿双折射。另一种可能是使用具有合适的表面形状的物镜。另一种可能是应用黑点共轭法。物镜104的焦距例如可以从IOmm到50mm变化。全视场例如可以为从20°到60°。到眼睛的工作距离例如可以为从8mm到40mm。 从视网膜128到中间图像130的放大率例如可以为从1.2到2.0。中继透镜系统138可以形成中间图像130到检测部件136上的图像。具有或不具有偏振效应的分束器102可以位于中间图像130与中继透镜系统138之间，但是其也可以存在于中继透镜系统138内部。然而，分束器102未必布置在中继透镜系统138的光圈光阑与检测部件136之间，其中所述光圈光阑用作相机单元106的入射光瞳114。中继透镜系统138与物镜104可以是不同的透镜系统、即检测部件136可以和中继透镜系统138 —起形成其自身的多用途相机单元106可以被认为是一个优点。光圈光阑(即入射光瞳114)的尺寸和形状被确定为使得可以给眼睛122的前部提供光圈光阑的期望的图像。在一个实施方式中，中继透镜系统138是具有圆形光圈的传统相机透镜系统。在一个实施方式中，中继透镜系统138的焦距可以在8mm至IOOmm之间。通常发现12mm至35mm的焦距是令人满意的。在图1所示的实施方式中，检查仪器例如可以具有用于视场致平或用于瞳孔匹配目的的场透镜160。场透镜160可以靠近中间图像130的平面。场透镜160可以是物镜104或中继透镜系统138的一部分，或者其还可以对物镜104和中继透镜系统138部分共用。通常，物镜104的焦距可以在例如23mm与27mm之间。检查仪器的工作距离(即从角膜到物镜的最近表面的距离)可以在例如18mm与26mm之间。从照明光瞳到中间图像130的光学距离可以在例如90mm与130mm之间。从中继透镜的入射光瞳到中间图像的光学距离与从照明光瞳到中间图像的光学距离在IOmm范围内相等。中继透镜系统138的焦距可以在例如15mm与25mm之间。入射光瞳114的直径可以在3mm与6mm之间。中间图像130可以距物镜104大约18mm至30mm。45°的全视场可以对应于大约12mm至22mm的中间图像直径。图16是根据本发明的实施方式的设备的流程图。在步骤1600中，源110的光辐射被从照明单元100的出射光瞳112导至分束器102。在步骤1602中，分束器102将光辐射沿照明辐射的路径134导至物镜104。在步骤1604中，眼睛122的视网膜128被照明，使得使用光辐射通过物镜104在从眼睛122的角膜120到晶状体124的后侧126的范围内的位置中能够形成照明单元100的出射光瞳112的实像和相机单元106的入射光瞳114的实像。在步骤1606中，使用从视网膜128反射的光辐射通过物镜104在成像辐射的路径132中的物镜104与相机单元106之间形成视网膜128的真实中间图像130。在步骤1606中，分束器102将来自视网膜128的光辐射导至相机单元106。在步骤1608中，分束器102以预定方式使照明辐射的路径134与成像辐射的路径132偏离，以至少防止出射光瞳112的图像和入射光瞳114的图像在晶状体124的表面125、126上重叠。在步骤1610中，中继透镜系统138使用从视网膜128反射的光辐射在检测部件136上形成中间图像130的实像，以将光学图像转换为待在屏150上显示的电形式。图像处理单元148可以包括连接至检查仪器的存储器和各种接口的处理器、控制器等。通常，图像处理单元148可以是中央处理器或附加的操作处理器。所述处理器可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或被编程以执行至少一个实施方式的一个或更多个功能的其他硬件部件。所述存储器可以包括易失性 和/或非易失性存储器并且通常存储内容、数据等。例如，存储器可以存储用于处理器执行与根据实施方式的设备的操作相关联的步骤的计算机程序代码，例如软件应用程序或操作系统、信息、数据、内容等。存储器可以是例如随机存取存储器(RAM)、硬件驱动器或其他固定数据存储器或存储装置。另外，存储器或存储器的一部分可以是可拆卸地连接至所述设备的可移动存储器。数据存储介质或存储器单元可以实施在处理器/计算机内，或者实施在处理器/计算机外部，在这种情况下，可以通过现有技术中已知的各种手段将所述数据存储介质或存储器单元以通信方式耦接至所述处理器/计算机。由图像处理单元148形成的图像数据可以被保存在光学系统的存储器152中。另外或可替换地，图像数据可以被存储在医院的病人数据系统的数据库154中。可以检索存储在存储器152或数据库154中的图像，以在光学系统或在计算机中进行查看。可以将检查仪器作为便携式检眼镜和/或便携式眼底相机来使用。其原因在于检查仪器可以被制造得足够紧凑并且足够的轻，以在检查眼睛时被手持。
对本领域的技术人员明显的是，作为技术的进步，本发明构思可以以各种方式来实施。本发明及其实施方式并不限制于以上描述的示例，而是可以在权利要求的保护范围内进行变化。
权利要求
1.一种用于对眼睛成像的设备，包括:照明单元、分束器、物镜、中继透镜系统以及相机单元； 所述照明单元包括光辐射源，并且所述照明单元被配置成将所述源的光辐射从所述照明单元的出射光瞳导至所述分束器； 所述分束器被配置成将所述光辐射导至所述物镜； 所述照明单元被配置成使用所述光辐射来照明眼睛的视网膜，并且所述物镜被配置成使用从所述视网膜反射的光辐射在所述物镜与所述相机单元之间形成所述视网膜的真实中间图像，其中，在从眼睛的角膜到晶状体的后侧的范围内的位置中能够形成所述照明单元的所述出射光瞳的实像和所述相机单元的入射光瞳的实像； 所述分束器被配置成将来自所述视网膜的光辐射导至所述相机单元，所述分束器被配置成以预定方式使所述照明辐射的路径与所述成像辐射的路径偏离，以至少防止所述出射光瞳的图像与所述入射光瞳的图像在所束晶状体中重叠；以及 所述相机单元包括检测部件，所述中继透镜系统被配置成使用从所述视网膜反射的光辐射在所述检测部件上形成所述中间图像的实像，以用于示出光学图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测部件被配置成将所述光学图像转换为电形式。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分束器包括至少一个偏振器。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述物镜被配置成基本上在所述晶状体内部形成所述照明单元的所述出射光瞳的实像。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述物镜被配置成基本上在所述晶状体内部形成所述相机单元的所述入射光瞳的实像。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照明单元的所述出射光瞳的实像与所述相机单元的所述入射光瞳的实像位于与所述照明辐射的路径的光轴或所述成像辐射的路径的光轴平行的直线上的不同位置。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照明单元被配置成使用红外辐射来连续地照明所述视网膜，以及所述照明单元被配置成闪烁可见光，以捕获所述视网膜的至少一个静止图像。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分束器存在于所述中继透镜系统的光圈与所述物镜之间。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，套件包括所述相机单元和多个光学功能部件； 所述光学功能部件能够在所述相机单元上重复安装和拆卸； 所述相机单元单独被配置成捕获在身体的外表面上的至少一个器官的图像； 所述光学功能部件之一包括用于对所述眼睛成像的所述分束器和所述物镜；以及具有在所述套件中的至少一个另外的光学功能部件的所述相机单元被配置成捕获与所述眼睛和所述在身体的外表面上的至少一个器官不同的至少一个器官的图像。
10.一种用于对眼睛成像的方法，包括: 将源的光辐射从照明单元的出射光瞳导至分束器； 所述分束器将所述光辐射沿照明辐射的路径导至物镜； 使用所述光辐射通过所述物镜来照明所述眼睛的视网膜，使得在从所述眼睛的角膜到晶状体的后侧的范围内的位置中能够形成所述照明单元的出射光瞳的实像和相机单元的入射光瞳的实像； 使用从所述视网膜反射的光辐射通过所述物镜在成像辐射的路径中所述物镜与所述相机单元之间形成所述视网膜的真实中间图像； 所述分束器将来自所述视网膜的光辐射导至所述相机单元； 所述分束器以预定方式使所述照明辐射的路径与所述成像辐射的路径偏离，以至少防止所述出射光瞳的图像与所述入射光瞳的图像在所述晶状体的表面上重叠；以及 中继透镜系统使用从所述视网膜反射的光辐射在检测部件上形成所述中间图像的实像，以用于示出光学图像。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括:所述检测部件将所述光学图像转换为电形式。
12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括:通过偏振分束器对所述光辐射进行导向。
13.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括:所述物镜在所述晶状体内部形成所述照明单元的所述出射光瞳的实像。
14.根据权利要求10的方法，所述方法还包括:所述物镜基本上在所述晶状体内部形成所述相机单元的所述入射光瞳的实像。
15.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括:在与所述照明辐射的路径的光轴或所述成像辐射的路径的光轴平行的直线上的不同位置形成所述照明单元的所述出射光瞳的实像和所述相机单元的所述入射光瞳的实像。
16.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括:使用红外辐射来连续地照明所述视网膜；以及闪烁可见光，以捕获所述视网膜的至少一个静止图像。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，存在于所述中继透镜系统的光圈与所述物镜之间的所述分束器在不同于所述中继透镜系统的位置形成照明光辐射与所述成像辐射的偏离。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，套件包括所述相机单元和多个光学功能部件，所述光学功能部件能够在所述相机单元上重复安装和拆卸； 所述相机单元单独被配置成捕获在身体的外表面上的至少一个器官的图像； 所述光学功能部件之一包括用于对所述眼睛成像的所述分束器和所述物镜；以及 具有在所述套件中的至少一个另外的光学功能部件的所述相机单元能够捕获与所述眼睛和所述在身体的外表面上的至少一个器官两者均不同的至少一个器官的图像。
全文摘要
来自照明单元(100)的出射光瞳(112)的光被导至分束器(102)，分束器(102)将光导至物镜(104)。如果能够使用光在从角膜(120)到晶状体(124)的后侧(126)的范围内的位置中形成照明单元(100)的出射光瞳(112)的实像和相机单元(106)的入射光瞳(114)的实像，则视网膜(128)被照亮。物镜(104)在物镜(104)与相机单元(106)之间形成视网膜(128)的真实中间图像(130)。分束器(102)将来自视网膜(128)的光导至相机单元(106)，并引起照明的路径(134)与成像的路径(132)偏离，以使出射光瞳(112)的图像与入射光瞳(114)的图像在晶状体(124)上不重叠。中继透镜系统(138)使用从视网膜(128)反射的光在检测部件(136)上形成中间图像(130)的实像，以将该图像转换为待在屏(150)上显示的电形式。
文档编号A61B3/13GK103118586SQ201180045540
公开日2013年5月22日 申请日期2011年8月17日 优先权日2010年9月22日
发明者伊尔卡·阿拉萨雷拉, 尤西·索卡马基, 伊尔卡·约尔马 申请人:欧视博公司